机电工程管理与实务/1H412030 焊接技术

1H412031 焊接材料与焊接设备选用要求

一、焊接材料

(一)焊条分类、型号及选用

焊条

1.焊条分类
焊条（covered electrode）：涂有药皮的供焊条电弧焊用的熔化电极。它由药皮和焊芯两部分组成。焊芯（core wire）就是焊条中的金属芯，压涂在焊芯表面上的涂料层即为药皮（coating）。
（1）按药皮成分分类:不定型、氧化钛型、钛钙型、氧化铁型、低氢钾型、低氢钠 型、纤维类型、石墨型、钛铁矿型、盐基型十大类。
（2）按用途分类：非合金及细晶粒钢焊条、热强钢焊条、高强钢焊条、不锈钢焊 条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条十大类。
（3）按熔渣酸碱性分类：碱性焊条(又称作低氢型焊条)和酸性焊条。两者工艺性能有较明显差异，对比见下表

酸性焊条与碱性焊条工艺性能对比

序号	项目	碱性焊条	酸性焊条
1	药皮氧化还原性	还原性强	氧化性强
2	对水、锈产生气孔的敏感性	敏感	不敏感
3	电弧稳定性	应釆用短弧操作	稳定、可长弧操作
4	电源极性	直流、反极性	交、直流两用
5	耐大电流	一般	好
6	焊缝成形	一般、熔深较深	好、熔深较浅
7	熔渣结构	呈结晶状	玻璃状
8	脱渣性	不同品牌有好坏差异	好
9	焊接烟尘	较多	少
10	扩散氢含量	低	高
11	全位置焊接操作性	一般	好

从表中内容可知总体上，酸性焊条性能更好，主要缺点为扩散氢含量高。
(4)按特殊性能分类：超低氢焊条、低尘低毒焊条、立向下焊条、底层焊条、铁粉 高效焊条、抗潮焊条、水下焊焊条、重力焊焊条、仰焊焊条等。
2.焊条型号
焊条型号是以焊条国家标准为依据，反映焊条的主要特性的一种表示方法。焊条型号根据焊条种类、熔敷金属化学成分和力学性能、药皮类型、焊接位置、电流种类划分。不同种类焊条的型号表示方法也不同。
3.焊条选用
（1）基本要求
1）焊接材料的选用设计有规定时应按设计文件要求选用。
2）设计无规定时应在满足结构安全、可靠使用的前提下，以改善作业条件和提高技术经济效益为原则，综合考虑以下因素：钢材化学成分及力学性能，焊缝金属性能，钢结构特点（板厚、接头形式）和受力状态，工艺性，焊接位置和施焊条件（室内、野外、空间大小），焊接工作量（焊缝长度、焊缝当量）。
（2）选用原则
1）焊缝金属的力学性能和化学成分匹配原则
非合金钢和低合金钢，均要求焊缝金属与母材等强度，应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条。对于合金钢要求焊缝金属合金成分与母材相同或接近。在焊接结构刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的不利情况下，应考虑选用比母材强度低的焊条。当母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高时，焊缝中易产生裂纹，应选用抗裂性能好的低氢型焊条（碱性焊条）。
例如，钢结构工程选择焊接材料时，应根据设计要求，除保证焊接接头强度、塑性不 低于母材标准规定的下限值以外，还应保证焊接接头的冲击韧性不低于母材标准规定的冲 击韧性下限值。 2）保证焊接构件的使用性能和工作条件原则
对承受动载荷和冲击载荷的焊件，除满足强度要求外，主要应保证焊缝金属具有较高的塑性和韧性，可选用塑、韧性指标较高的低氢型焊条。接触腐蚀介质的焊件，应根据介质的性质及腐蚀特征选用不锈钢类焊条或其他耐腐蚀焊条。在高温、低温、耐磨或其他特殊条件下工作的焊件，应选用相应的耐热钢、低温钢、堆焊或其他特殊用途焊条。
3）满足焊接结构特点及受力条件原则
对结构形状复杂、刚性大的厚大焊件，在焊接过程中，冷却速度快，收缩应力大，易产生裂纹，应选用抗裂性好、韧性好、塑性高、氢裂纹倾向低的焊条。
例如，低氢型焊条、超低氢型焊条和高韧性焊条等。
4）具有焊接工艺可操作性原则
当焊件的焊接部位不能翻转时，应选用适用于全位置焊接的焊条。对受力不大、焊接部位难以清理的焊件，应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条。没有直流焊机时，必须选用可交、直流两用的焊条。在狭小或通风条件差的场合，在满足使用性能要求的条件下，应选用酸性焊条或低尘焊条。
5）提高生产率和降低成本原则
在酸性焊条和碱性焊条都可满足要求时，应尽量选用酸性焊条。对焊接工作量大的结构，有条件时应尽量选用高效率焊条。
例如，铁粉焊条、重力焊条、底层焊条、立向下焊条和高效不锈钢焊条等。这不仅有利于生产率的提高，而且也有利于焊接质量的稳定和提高。
（二）焊丝分类、型号及选用
焊丝（welding wire）：焊接时用来导电并作为填充金属的丝材。
1.焊丝分类
（1）按截面结构形式分类：可分为实心焊丝和药芯焊丝两类。
（2）按焊接方法和被焊母材分类。按焊丝产品分类名称对应标准号规定。
2.焊丝型号（牌号）
气体保护焊丝以型号来划分，埋弧焊丝以牌号来划分。
3.焊丝选用原则
（1）焊丝按规定代号选择适用的焊接方法。
（2）实心焊丝主要用于钨极气体保护焊和熔化极气体保护焊；选择实心焊丝的成分主要考虑焊缝金属应与母材力学性能或物理性能的良好匹配，如耐磨性、耐蚀性，焊缝应是致密的和无缺陷的。
（3）药芯焊丝用于采用CO₂和Ar+CO₂为保护气体的熔化极气体保护焊，前者用于普通结构，后者用于重要结构。
（4）自保护药芯焊丝与焊条相似，不用另加气体保护焊，抗风能力优于气体保护焊，通常可在四级风力下施焊，适用于野外或高空作业，国外建筑行业已广泛使用，我国在长输油气管道焊接中得到应用。我国药芯焊丝现行标准中，自保护药芯焊丝的型号类别占据较大的比例。
（三）保护气体分类、选用
保护气体（shielding gas）：焊接过程中用于保护金属熔滴、熔池及焊缝区的气体。它使高温金属免受外界气体的侵害。
1.焊接用气体分类
（1）保护气体：包括二氧化碳（CO₂）、氩气（Ar）、氦气（He）、氮气（N₂）、氧气（O₂）和氢气（H₂）。
（2）切割用气体
包括助燃气体（O₂）；可燃气体：乙块、丙烷、液化石油气、天然气等。
2.焊接用气体选用
（1）焊接用气体的选择，主要取决于焊接、切割方法。除此之外，还与被焊金属的性质、焊接接头质量要求、焊件厚度和焊接位置及工艺方法等因素有关。
（2）氮气弧焊时，用N₂作为保护气体，可焊接铜和不锈钢。N₂也常用于等离子弧切割，作为外层保护气体。
（3）H₂作为还原性气体，焊接时与O₂混合燃烧，作为气焊的热源。
（4）混合气体一般也是根据焊接方法、被焊材料以及混合比对焊接工艺的影响等进行选用。例如，焊接低合金高强钢时，从减少氧化物夹杂和焊缝含氧量出发，希望采用纯Ar做保护气体；从稳定电弧和焊缝成形出发，希望向Ar中加入氧化性气体。
（四）焊剂分类、使用
焊剂（welding flux）：焊接时，能够熔化形成熔渣(有时也有气体)，对熔化金属起保护和冶金作用的一种颗粒状物质。
1.焊剂的分类
（1）根据生产工艺的不同分类：焊剂可分为熔炼焊剂、粘结焊剂和烧结焊剂。
（2）按照焊剂中添加脱氧剂、合金剂分类：焊剂可分为中性焊剂、活性焊剂和合金焊剂。
不同类型焊剂可以通过相应的牌号及制造厂的产品说明书予以识别。
2.焊剂的型号
焊剂型号是根据使用各种焊丝与焊剂组合而形成的熔敷金属的力学性能而划分的。
3.埋弧焊剂使用要求
埋弧焊用的焊剂是一种重要的焊接材料，它的焊接工艺性能、化学冶金性能是决定焊缝金属的主要因素，使用焊剂应注意以下几个问题：
（1）运输保管：焊剂应存放在干燥的库房内，防止受潮影响焊接质量。并妥善运输焊剂，防止包装破损。
（2）烘焙：使用前，焊剂应按说明书所规定的参数进行烘焙。
（3）回收：使用回收的焊剂，应清除里面的渣壳及其他杂物，与新焊剂混合后可使用。
（五）焊接材料复验
1.钢结构的焊接材料复验
满足下列情况之一时，钢结构所用焊接材料应按到货批次进行复验，合格后方可使用：
（1）建筑结构安全等级为一级的一、二级焊缝。
（2）建筑结构安全等级为二级的一级焊缝。
(3)大跨度的一级焊缝。
(4)重级工作制吊车梁结构中的一级焊缝。
(5)设计要求。
注：焊缝等级划分是依据《钢结构设计标准》GB 50017—2017中的规定。
2.特种设备的焊接材料复验
（1）球罐用的焊条和药芯焊丝应按批号进行扩散氢复验。
（2）工业管道用的焊条、焊丝、焊剂库存超过期限，应经复验合格后方可使用。焊接材料质量证明书或合格证书上应注明库存的期限，并应符合以下规定：
1）酸性焊接材料及防潮包装密封良好的低氢型焊接材料的规定期限一般为2年；
2）石墨型焊接材料及其他焊接材料的规定期限为1年。

二、焊接设备

(一)焊接设备分类
1.焊条电弧焊设备

焊条电弧焊焊设备

焊条电弧焊设备主要包括焊接电源、焊钳、焊接电缆和地线夹钳等。
2.钨极惰性气体保护焊（GTAW）设备

钨极惰性气体保护焊（GTAW）设备

（1）按焊接操作过程的自动化程度分为：手工和自动两大类。
（2）按所使用的焊接电流种类分为：直流、交流和脉冲电流GTAW设备。
（3）按焊接工艺方法分为:通用和专用两大类。
（4）手工GTAW设备主要由焊接电源焊枪、供气系统、水冷系统、焊接电缆线和遥控器等组成。
3.CO₂气体保护焊设备
主要由焊接电源、焊枪、送丝机构、气路系统和控制系统五部分组成。
4.埋弧焊设备
（1）埋弧焊设备按焊接过程的自动化程度可分为机械化、自动和全自动三大类。
（2）一台完整的埋弧焊机，由以下几部分组成：焊接小车和机头移动机构、送丝机、焊丝矫正压紧机构、焊接电源、控制系统等。
5.电渣焊设备
（1）电渣焊设备主要由电源、机头和滑块或挡板组成。
（2）焊接方法可分为：熔嘴电渣焊、丝极电渣焊、板极电渣焊。
6.螺柱焊设备
（1）螺柱焊设备按其电源种类和焊接方式分：电弧螺柱焊和电容储能放电螺柱焊。
（2）电弧螺柱焊机由焊接电源、控制器、焊枪、地线钳、焊接电缆等部分组成。
7.气电立焊设备
（1）气电立焊设备主要由焊接电源、焊枪、摆动机构、水冷滑块、送丝系统和送气装置组成。
（2）焊接方法可分为：单丝气电立焊和多丝气电立焊。
（二）常用焊接设备应用范围
1.焊条电弧焊机
目前，在各类焊接结构制造业得到较广泛应用。如建筑钢结构制造安装、船舶制造、海洋工程结构制造、输油气管线安装施工、大型液化气储罐建造、特种设备及化工装备制造等方面仍占有重要的地位。
2.钨极惰性气体保护焊机
是一种优质的弧焊焊接设备，在各类焊接结构生产中得到了广泛的应用。
（1）应用于金属材料种类多
除了低熔点、易挥发的金属材料（如铅、锌等）以外，均可以采用钨极惰性气体保护焊机进行焊接。
（2）适用一定的接头厚度范围
单层焊接厚度范围为0.5〜4.0mm。
（3）适用的焊接位置
钨极惰性气体保护焊适用于各种焊接位置，包括平焊、平角焊、横焊、立焊和仰焊，以及水平固定的管件对接头的全位置焊。由于空气对流、过堂风、微风都可能破坏气体对焊接区的保护，野外施工时应配置附属防风设施。
（4）可用于焊接自动化 钨极惰性气体保护焊设备在采用手工自熔和手工填丝的作业方式基础上，可配备各种机械化和自动化焊接设备进行机械化、自动化和全自动化焊接，也可以与焊接机器人系统集成，实现焊接自动化。

1H412032 焊接方法与焊接工艺评定

一、常用焊接方法与特点

（一）焊条电弧焊
焊条电弧焊（shielded metal arc welding，SMAW）：用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。
1.机动性和灵活性好
（1）所需要的焊接设备相对简单，只要配备适用的焊接电源、焊钳和足够长的焊接电缆即可进行焊接作业。
（2）焊接场地不受限制，用于结构复杂、空间狭小的位置时，比其他焊接方法更合适。
（3）可适用全位置焊接，可使用焊条直径Φ1.6～Φ8，因此，可以焊接从薄板到厚板的各种焊接接头。
2.焊缝金属性能良好
（1）因焊接热输入较低，焊缝金属结晶较致密，其力学性能比其他熔焊高，特别是缺口冲击韧性高得多。
（2）通过焊条药皮配方的调整，容易控制焊缝金属的性能，满足各种不同焊接工程提出的严格技术要求。
3.工艺适应性强
焊条电弧焊工艺适应性较强，可以焊接除活性金属以外的大多数金属结构材料。
（二）钨极惰性气体保护焊
钨极惰性气体保护焊（gas tungsten arc welding，GTAW）：也称氣體遮蔽鎢弧焊，使用纯钨或活化钨(钍钨、铈钨等)电极的惰性气体保护电弧焊。
1.具有焊条电弧焊的特点。
2.自有的特点：
（1）电弧热量集中，可精确控制焊接热输入，焊接热影响区窄。
（2）焊接过程不产生熔渣、无飞溅，焊缝表面光洁。
（3）焊接过程无烟尘，熔池容易控制，焊缝质量高。
（4）焊接工艺适用性强，几乎可以焊接所有的金属材料。
（5）焊接参数可精确控制，易于实现焊接过程全自动化。
例如：非合金钢、不锈钢材质管道应采用氩弧焊打底，铝、铜材质管道应采用钨极氩弧焊或熔化极氩弧焊打底，不得采用气焊或电弧焊。

二、焊接工艺评定

（一）焊接工艺评定的定义及作用
1.焊接工艺评定的定义
（1）焊接工艺评定（welding procedure qualification，WPQ）是指为验证所拟定的焊接工艺正确性而进行的试验过程及结果评价。
（2）记载验证性的试验及其结果，对拟定的焊接工艺规程进行评价的报告，称为焊接工艺评定报告（welding procedure qualification report，简称WPQR或PQR）。
（3）拟定的焊接工艺规程是为焊接工艺评定所拟定的焊接工艺文件，称为：预焊接工艺规程（preliminary welding procedure specification，pWPS）。
2.焊接工艺评定作用
（1）验证施焊单位能力
焊接工艺评定验证施焊单位拟定焊接工艺的正确性，并评定施焊单位在限制条件下，焊接成合格接头的能力。在掌握焊接材料焊接性能后，必须在工程焊接前进行焊接工艺评定。
（2）编制焊接工艺规程的依据
工程产品施焊前，应依据焊接工艺评定报告（PQR）编制焊接作业指导书（Welding Work Instruction，WWI，也称焊接工艺规程（Welding Procedure Specification，WPS）或焊接工艺卡），用于指导焊工施焊和焊后热处理工作，一份焊接作业指导书（WWI）可以依据一份或多份焊接工艺评定报告（PQR）编制，一份焊接工艺评定报告（PQR）可用作编制多份焊接作业指导书（WWI）的依据。
（二）焊接工艺评定依据
1.钢结构
工业与民用钢结构工程中承受静载荷或动载荷、钢材厚度不小于3mm的结构焊接工艺评定应符合现行国家标准《钢结构焊接规范》GB 50661—2011中“焊接工艺评定”的规定。
2.设备及管道
承压设备（锅炉、压力容器、压力管道）的对接焊缝和角接焊缝焊接工艺评定、耐蚀堆焊焊接工艺评定、复合金属材料焊接工艺评定、换热管与管板焊接工艺评定、螺柱焊接工艺评定应符合现行行业标准《承压设备焊接工艺评定》NB/T 47014—2011的规定。
（三）焊接工艺评定步骤
1.焊接工艺评定的委托
施工单位应采取内部委托自行组织完成焊接工艺评定工作，任何施焊单位不允许将焊接工艺评定的关键工作（预焊接工艺规程（pWPS）的编制、试件焊接等）委托另一个单位来完成。试件和试样的加工、无损检测和理化性能试验等可委托分包。
2.拟定预焊接工艺规程（pWPS）
预焊接工艺规程（pWPS）应由具有一定专业知识和相当实践经验的技术员拟定，不允许“照抄”或“输入”其他单位的焊接工艺规程（WPS）数据。
3.施焊试件
焊评试件应由本单位技能熟练的焊工，使用本单位的焊接设备施焊，既可证明施焊单位的焊接技术能力和工装水平，又能排除焊工技能因素的影响。
4.试件检验
焊评试件检验项目至少应包括：外观检查、无损检测、力学性能试验和弯曲试验。
5.签发报告
焊接工艺评定过程中应做好记录，焊评完成后应提出焊接工艺规程（WPS），并经企业焊接技术负责人审核同意签字。

三、焊接工艺规程

（一）编制要求
1.知识自有性：焊接工艺规程（焊接作业指导书）必须由企业自行编制，不得沿用其他企业的焊接工艺规程（焊接作业指导书），也不得委托其他单位编制用以指导本单位焊接施工的焊接工艺规程（焊接作业指导书）。
2.依据：编制焊接工艺规程（焊接作业指导书）应以焊接工艺评定报告（PQR）为依据，还要综合考虑设计文件和相关标准要求、产品使用和施工条件等情况。
3.当某个焊接工艺评定因素的变化超出标准规定的评定范围时，均需要重新获得相匹配的焊接工艺评定报告（PQR），重新编制焊接工艺规程（焊接作业指导书）。
4.焊接工艺规程（焊接作业指导书）的编制人，均应具有一定焊接专业知识和相当丰富的实践经验。
（二）审核
应由本单位焊接技术负责人批准焊接工艺规程（焊接作业指导书）。焊接工艺规程（焊接作业指导书）经过审批后方可用于指导焊接作业和焊后热处理工艺文件编制。
（三）焊前技术交底
焊接作业前，应由焊接技术人员向焊工发放相应的焊接工艺规程（焊接作业指导书），进行技术交底，并做好记录。

四、焊接工艺技术

（一）焊接作业人员要求
1.焊接责任人员
（1）项目部焊接责任工程师负责组织建立本项目焊接质量控制系统，配备从事焊接管理、焊接技术、焊接检查、焊接材料管理、焊接设备管理、无损检测、焊接热处理等岗位的员工，明确岗位职责，对焊接活动实施进行有效控制。
（2）钢结构工程焊接难度分为A（易）、B（一般）、C（较难）、D（难）四个等级，承担焊接难度C级和D级焊接工程的施工单位，施工单位焊接技术负责人应具有高级技术职称。
2.焊工
焊工应在焊工资质合格证有效期内从事合格项目所覆盖范围内的焊接作业。
（1）基本要求
1）就业前，应接受职业技能鉴定机构培训考评合格，取得《职业技能鉴定资格证书》。
2）已与用人单位签订劳动合同。
3）焊接或者热切割方法对材料进行加工的作业（不含《特种设备安全监察条例》规定的有关作业）的焊工，必须经各地培训中心考核合格，按应急管理部统一配发的二维码编辑系统印制实体证书《特种作业操作证》。
（2）技能要求
1）从事钢结构焊接的焊工，应按所从事钢结构的钢材种类、焊接节点形式、焊接方法、焊接位置等要求进行技术资格考试。焊工考试应符合《钢结构焊接从业人员资格认证标准》CECS 331—2013中的规定，取得钢结构焊接合格证。
2）从事特种设备制造、安装、改造、维修的焊工，应按《特种设备焊接操作人员考 核细则》TSG Z6002—2010和《特种设备作业人员考核规则》TSG Z6001—2019取得国家市场监管总局统一印制的《特种设备安全管理和作业人员证》（承压焊或结构焊）。
（二）焊接技术管理要求
1.技术交底
技术交底应包括：焊接工程特点、焊接工艺规程（焊接作业指导书）内容、焊接质量检验计划、进度要求等。
2.超次返修
焊缝同一部位的返修次数不宜超过2次。如超过2次，返修前应编制超次返修技术方案，并经施工单位技术负责人批准后，方可实施。
3.焊接场所
（1）自然环境
焊接场所的风速；焊接电弧1m范围的相对湿度；雨、雪天气不符合现行国家有关标准且无有效安全可靠的防护措施时，禁止焊接。
（2）作业场地
不锈钢、有色金属焊接应设置专用场地，并保持清洁、干燥、无污染，不得与黑色金属等其他产品混杂；配置专用组焊工装。
（三）特殊材料焊接工艺措施
1.有延迟裂纹倾向的材料
（1）产生延迟裂纹的原因
产生延迟裂纹与焊缝含扩散氢、接头所承受的拉应力以及由材料淬硬倾向决定的金属塑性储备有关，是三个因素中的某一因素与其相互作用的结果。主要发生在低合金高强钢中，包括：Q345R（普通低合金钢，是锅炉压力容器常用钢材）、18MnMoNbR（制造压力容器的一种专用钢板）、13MnMoNbR和日本的CF-62系列钢等。
（2）防止产生延迟裂纹的措施
1）应采取焊条烘干、减少应力、焊前预热、焊后热处理措施外，尽量严格执行焊后热消氢处理的工艺，必要时打磨焊缝余高。
2）对容易产生焊接延迟裂纹的钢材，焊后应及时进行热处理。当不能及时进行热处理时，应在焊后立即均匀加热至200〜350℃ ,并保温缓冷。
2.有再热裂纹倾向的材料
（1）产生再热裂纹与钢中所含碳化物形成元素（铬Cr、钼Mo、 钛Ti、硼B等）有关，主要包括：Mn-Mo-Nb、Mn-Mo、Mn-Mo-Nb-B、Mn-Mo-Nb-Ni、Cr-Mo、Cr-Mo-V系列合金钢。
（2）防止产生再热裂纹的方法：
1）预热：预热温度为200～450℃。若焊后能及时后热，可适当降低预热温度。例如，18MnMoNb钢焊后，立即进行180℃热处理2h，预热温度可降低至180℃。
2）应用低强度焊缝，使焊缝强度低于母材以增高其塑性变形能力。
3）减少焊接应力，合理地安排焊接顺序、减少余高、避免咬边及根部未焊透等缺陷以减少焊接应力。
3.抗硫化氢腐蚀钢
20HIC材质焊接工艺评定时，母材和焊接材料化学成分、焊接接头力学性能和表面质量除应符合《石油裂化用无缝钢管》GB 9948-2013表6中20号钢的规定及其附录B的下列要求：
（1）焊接接头布氏硬度不大于190HBW。
（2）焊缝咬边深度不得大于0.4mm。

1H412033 焊接应力与焊接变形

一、降低焊接应力的措施

（一）设计措施
1.减少焊接量：减少焊缝的数量和尺寸，可减小变形量，同时降低焊接应力。
2.改变焊缝分布：避免焊缝过于集中，从而避免焊接应力峰值叠加。
3.优化接头形式：优化设计结构，如将容器的接管口设计成翻边式，少用承插式。
（二）工艺措施
1.采用较小的焊接线能量：较小的焊接线能量的输入能有效地减小焊缝热塑变的范围和温度梯度的幅度，从而降低焊接应力。
2.合理安排装配焊接顺序：合理的焊接顺序，使焊缝有自由收缩的余地，降低焊接中的残余应力。例如，在大型储罐底板的焊接中，先进行短焊缝的焊接，所有短焊缝焊接完后再焊接长焊缝。焊接过程中不要加外力约束，使其能够自由收缩，可以有效地降低短焊缝中的残余应力。
3.层间进行锤击：焊后（注意不是焊接过程中）用小锤轻敲焊缝及其邻近区域，使金属晶粒间的应力得以释放，能有效地减少焊接残余应力从而降低焊接应力。例如，在进行铸铁部件的焊接时，不及时进行敲击以释放应力，焊缝周边的母材会出现明显的裂纹。
4.预热拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或加热拉伸）：对于那些阻碍焊接区自由伸缩的部位，采用预热或机械方式，使之与焊接区同时拉伸（膨胀）和同时压缩（收缩），就能减小焊接应力，这种方法称为预热拉伸补偿法。
5.焊接高强钢时，选用塑性较好的焊条：选用塑性较好的焊条施焊，由于焊缝的金属填充物具有良好的塑性，通过塑性变形，可有效地减小内应力。
6.预热：构件本体上温差越大，焊接残余应力也越大。焊前对构件进行预热，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。
7.消氢处理：采用低氢焊条以降低焊缝中的含氢量，焊后及时进行消氢处理，都能有效降低焊缝中的氢含量，预防氢致集中应力。消氢处理的温度一般为300～350℃，保温2〜6h后冷却。消氢处理的主要目的是使焊缝金属中的扩散氢逸出，降低焊缝及热影响区的含氢量，防止氢致冷裂纹的产生。
8.焊后热处理
（1）消除残余应力的最通用的方法是高温回火，即将焊件放在热处理炉内加热到一定温度(Ac1以下)和保温一定时间，利用材料在高温下屈服极限的降低，使内应力高的地方产生塑性流动，弹性变形逐渐减少，塑性变形逐渐增加而使应力降低。
（2）焊后热处理对金属抗拉强度、蠕变极限的影响与热处理的温度和保温时间有关。
（3）焊后热处理对焊缝金属冲击韧性的影响随钢种不同而不同。

振动法消除焊接应力

9.利用振动法来消除焊接残余应力：构件承受变载荷应力达到一定数值，经过多次振动后，结构中的残余应力逐渐降低，即利用振动的方法可以消除部分焊接残余应力。一般大型焊件使用振动器消除应力。振动法的优点是绿色环保、设备简单、成本低、时间比较短，已在机械制造行业得到广泛应用，工程建设项目上应用还处于推广阶段。

二、焊接变形的危害及预防焊接变形的措施

（一）焊接变形的分类
焊接变形可分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和室温条件下的残余变形。残余变形可分为焊件的面内变形和面外变形。
1.面内变形：可分为焊缝纵向收缩变形、横向收缩变形和焊缝回转变形。

• 
  焊缝纵向收缩变形
• 
  横向收缩变形

2.面外变形：可分为角变形、弯曲变形、扭曲变形、失稳波浪变形。

• 
  角变形
• 
  弯曲变形

（二）焊接变形的危害
焊接变形的危害主要表现在：降低装配质量、影响外观质量、降低承载力、增加矫正工序、提高制造成本等五个方面。
（三）预防焊接变形的措施
1.进行合理的焊接结构设计
（1）合理安排焊缝位置：焊缝尽量与构件截面的中性轴对称；焊缝不宜过于集中。
（2）合理选择焊缝数量和长度：在保证结构有足够承载力的前提下，应尽量选择较小的焊缝数量、长度和截面尺寸。
（3）合理选择坡口形式：尽可能减少焊缝截面尺寸，例如，选用对称的坡口、U形坡口等。
2.釆取合理的装配工艺措施
（1）预留收缩余量法：为了防止构件焊接以后发生尺寸缩短，可将预计发生缩短的尺寸在焊前预留出来。例如，储罐底板排版直径，宜按设计直径放大0.1%〜0.15%。
（2）反变形法：为了抵消焊接变形，在焊前装配时，先将构件向焊接加热产生变形的相反方向，进行人为的预设变形，这种方法称为反变形法。
（3）刚性固定法：刚性固定法广泛用于工程焊接较小的构件，对防止角变形和波浪变形有显著的效果。为了防止薄板焊接时的变形，常在焊缝两侧采用型钢、压铁或楔子压紧固定。例如，在大型储罐底板焊接时采用较多；现场组焊塔器、球罐时，往往采用弧形加强板、日字形夹具进行刚性固定。
（4）合理选择装配程序：对于大型焊接结构，适当地分成几个部件进行装配焊接，然后再组焊成整体。这样，小部件可以自由地收缩，而不至于引起整体结构的变形。例如，压力容器分节制造等。
3.采取合理的焊接工艺措施
（1）合理的焊接方法：尽量用气体保护焊等热源集中的焊接方法。不宜用焊条电弧焊，特别不宜选用气焊。
（2）合理的焊接线能量：尽量减小焊接线能量的输入能有效地减小变形。
（3）合理的焊接顺序和方向：例如，储罐底板焊接顺序采用先焊中幅板、边缘板对接焊缝外300mm长；待焊接完壁板和边缘板角焊缝后，再焊接边缘板剩余对接焊缝；最后焊接中幅板和边缘板的环焊缝。

1H412034 焊接质量检验方法

一、焊接检验方法分类

（一）破坏性检验
常用的破坏性检验包括：力学性能试验（拉伸试验、冲击试验、硬度试验、断裂性试验、疲劳试验）、弯曲试验、化学分析试验（化学成分分析、不锈钢晶间腐蚀试验、焊条扩散氢含量测试）、金相试验（宏观组织、微观组织）、焊接性试验、焊缝电镜。
（二）非破坏性检验
常用的非破坏性检验包括：外观检验、无损检测（渗透检测、磁粉检测、超声检测、射线检测）、耐压试验和泄漏试验。

二、焊接过程质量检验

（一）焊接前检验
1.母材和焊材：对所有工程使用的母材和焊接材料在使用前都应进行检查验收，主要是防止不合格产品用到工程上影响施工质量。
2.零部件主要结构尺寸：焊件组对前应检查各零部件的主要结构尺寸，包括主要结构尺寸的校核性检查，以保证零部件组焊成构件的几何尺寸。
3.组对质量：组对后应检查组对构件焊缝的形状及位置、对接接头错边量、角变形、组对间隙、搭接接头的搭接量及贴合质量、带垫板对接接头的贴合质量。
4.坡口清理检查：由于组装过程或组装、清理后待焊过程，破口表面仍可能氧化和被污染，所以在施焊开始前应对坡口及坡口两侧再次进行清理检查。
5.焊接前的确认：通常把“组对后、焊接前检查“确定为质量控制点。在全部焊前准备工作经检查符合规定要求时方可开始焊接工作；由焊工和焊接检查人员确认焊接准备工作的质量，对于不符合规定的接头有权拒绝施焊。
（二）施焊过程检验
1.定位焊缝：定位焊缝存在缺陷可能性较大，常常不能全部熔化而滞留在新的焊道中形成根部缺陷。因此，应清除定位焊缝渣皮后进行检查。
2.焊接线能量：对有冲击力韧性要求的焊缝，施焊时应测量焊接线能量并记录。与焊接线能量有直接 关系的因素包括：焊接电流、电弧电压和焊接速度。线能量的大小与焊接电流、电压成正比，与焊接速度成反比。线能量的计算公式为：
q = IU / v
式中I — 焊接电流（A）：
U — 电弧电压（V）；
v — 焊接速度（cm/s）；
q — 线能量（J/cm ）。
3.多层（道）焊：每层（道）焊完后，应立即对层（道）间进行清理，并进行外观检查，检查合格后方可进行下一层（道）的焊接。对多层（道）间温度有要求时，应测量多层（道）间的焊前温度，并形成记录。
4.后热：对规定进行后热的焊缝，应检查加热范围、后热温度和后热时间，并形成记录。
（三）焊缝检验
1.外观检验
（1）焊缝表面
1）焊缝表面的形状尺寸及外观质量应符合设计要求，设计无要求时应符合现行国家有关标准。
2）焊缝表面不允许存在的缺陷包括：裂纹、未焊透、未熔合、表面气孔、外露夹渣、未焊满。允许存在的其他缺陷情况应符合现行国家相关标准，例如，咬边、角焊缝厚度不足、角焊缝焊脚不对称等。
（2）几何尺寸
容器焊接后应检查几何尺寸，包括：同一端面最大内直径与最小内直径之差、椭圆度、矩形容器截面上最大边长与最小边长之差、焊接接头棱角度（环向和轴向）等。
2.无损检测
（1）焊接工程常用无损检测方法及代号
射线检测（radiography testing，RT）,常用检测设备和器材：可以使用两种射线源，为X射线和y射线。
超声检测（ultrasonic testing，UT）,常用A型脉冲反射式超声波检测仪和衍射时差法超声波检测仪（Time of Flight Diffraction，TOFD）。
磁粉检测（magnetic particle testing，MT）,常用检测设备和器材：磁粉探伤机。
渗透检测（penetrant testing，PT）,渗透检测剂。
目视检测（visual testing），常用照明光源、反光镜和低倍放大镜等。
（2）按照《承压设备无损检测》NB/T 47013-2015 中规定，常用无损检测方法及适用范围如下表：

序号	检测方法	适用范围
		材料	焊接接头形式	透照厚度（mm）
1	射线检测（RT）	金属材料	对接接头、角接接头、管板角焊缝等	钢：<38
2	超声检测（UT）	金属材料	对接接头、T形焊接接头、角接接头和堆焊层等	容器：6～500；管道6～150
3	磁粉检测（MT）	铁磁性材料	对接接头、T形焊接接头和角接接头等	——
4	渗透检测（PT）	非多孔性金属材料	不限制	——

（3）按照《承压设备无损检测》NB/T 47013—2015中规定，检测技术等级和合格等级见下表

序号	检测方法	检测技术等级	焊接接头合格等级
1	射线检测（RT）	分为A、AB、C级	分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级
2	超声检测（UT）	分为A、B、C级（TOFD不分级）	分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级
3	磁粉检测（MT）	无	分为Ⅰ、Ⅱ级
4	渗透检测（PT）	分为A、B、C级灵敏度	分为Ⅰ、Ⅱ级

（4）无损检测新技术应用
1）X射线数字成像检测：近年来随着计算机数字图像处理技术及数字平板射线探测技术的发展，X射线数字成像检测正逐渐运用于容器制造和管道建设工程中。数字图像便于储存，检索、统计快速方便，易于实现远程图像传输、专家评审，结合GPS系统可对每道焊口进行精确定位，便于工程质量监督。同时，由于没有了底片暗室处理环节，消除了化学药剂对环境以及人员健康的影响，已有现行技术标准。

TOFD原理

2）TOFD：压力容器的对接接头应当采用射线检测或者超声波检测，超声波检测包括衍射时差法超声波检测（TOFD）、可记录的脉冲反射超声波检测和不可记录的脉冲反射法超声波检测；当釆用不可记录的脉冲反射法超声波检测时，应当采用射线或者TOFD作为附加局部检测。目前，国内TOFD应用较为成熟，可记录的脉冲反射超声波检测技术已推广应用。
（5）无损检测技术要点
1）立式圆筒形钢制焊接储罐壁钢板最低标准屈服强度大于390MPa时，焊接完毕后至少经过24h后再进行无损检测。
2）对有延迟裂纹倾向的材料，应当至少在焊接完成24h后进行无损检测，但是，该材料制造的球罐，应当在焊接结束至少36h后进行无损检测。
3）对有再热裂纹倾向的材料，应在热处理后增加一次无损检测。
（6）焊缝表面无损检测
1）设计文件无规定时，焊缝表面无损检测可选用磁粉检测（MT）或渗透检测（PT）方法。
2）除设计文件另有规定外，现场焊接的管道和管道组成件的承插焊焊缝、支管连接焊缝（对接式支管连接焊缝除外）和补强圈焊缝、密封焊缝、支吊架与管道直接焊接的焊缝，以及管道上的其他角焊缝，其表面应进行磁粉检测（MT）或渗透检测（PT）。
3）渗透检测（PT）前，焊缝表面不得有铁锈、焊渣、焊接飞溅及各种防护层等。
4）磁粉检测（MT）前，焊缝表面及其两侧25mm范围内，不得有油脂、污垢、焊渣、焊接飞溅或其他粘附磁粉的物质等。
（7）焊缝内部无损检测
1）立式圆筒形钢制焊接储罐壁钢板最低标准屈服强度大于390MPa时，焊接完毕后至少经过24h后再进行无损检测。
2）对有延迟裂纹倾向的材料，应当至少在焊接完成24h后进行无损检测，但是，该材料制造的球罐，应当在焊接结束至少36h后进行无损检测。
3）对有再热裂纹倾向的材料，应在热处理后增加一次无损检测。
4）RT和UT的优缺点
射线检测（RT）的优点是：检测结果有直接记录（底片），可以获得缺陷的投影图像，缺陷定性，长度测量比较准确，对体积型缺陷和薄壁工件中的缺陷，检测率较高；其缺点是：厚壁工件的缺陷检出率偏低，缺陷在工件厚度方向的位置难以确定，自身高度难以测量，对面积型缺陷的检出受到多种因素的影响，有时会漏检，射线对人体和环境有危害，防护成本、检测成本较高，而且射线检测速度较慢等。
超声检测（UT）的优点是：面积型缺陷的检出率较高，穿透能力强，适合于厚壁工件，定位准确，可以测量缺陷自身高度，对人体和环境无害，检测成本较低，检测速度快等；其缺点是：缺陷定性困难，定量精度不高，常用的（不可记录）脉冲反射法超声波检测结果无直接见证记录，无缺陷直观图像，薄壁工件检测困难，一般需要对探头扫查面进行打磨处 ，增加了工作量。
3.其他检验
（1）硬度检验：工业管道的焊接接头，热处理后应测量硬度值，焊接接头硬度测量区域应包括焊缝和热影响区。
（2）腐蚀试验：要求做耐腐蚀性能检验的容器或者受压元件，应按设计文件制备耐腐蚀试验试件并进行检验与评定。
（3）金相试验：奥氏体-铁素体型双相不锈钢焊缝铁素体含量应与母材一致，母材奥氏体含量均为40%〜60%。